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为什么会发生量子效率或IPCE测量结果偏高的现象

为什么会发生量子效率或IPCE测量结果偏高的现象

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第七届新型太阳能电池材料科学与技术学术研讨会

作者：陈为群 crowntech INC.北京颐光新源

量子效率(QE,IPCE)是太阳电池最重要的技术指标,对其准确的测量是进一步研究工作的重要基础,然而业内某些在用太阳电池量子效率(IPCE)测试设备,测量值严重偏大,甚至可将传统晶硅电池的QE测出大于110%～115%的结果,违反光电效应基本原理... 详细信息

量子效率(QE,IPCE)是太阳电池最重要的技术指标,对其准确的测量是进一步研究工作的重要基础,然而业内某些在用太阳电池量子效率(IPCE)测试设备,测量值严重偏大,甚至可将传统晶硅电池的QE测出大于110%～115%的结果,违反光电效应基本原理,这类设备有一个特点,不显示也不保存测试过程中的原始电流值,使用者无法将其结果与一些通用的计量仪器,例如Keithley表作对比,因而无法发现其结果的谬误。本文为使用者提供几种有效方法,以鉴别太阳电池量子效率(QE,IPCE)测试设备是否准确。第一种,Hamamatsu的S1337系列的硅探测器,光电计量界最为常用的作为标准探测器的器件,它在500～900nm的量子效率大致是65%,Hamamatsu公司网站上有光谱响应图,S1337可对测试设备QE≤65%的量程做很好的检验校准。第二种,对于QE在65%至100%区间,商品化的晶硅电池是很好的验证物,现今出厂性能合格的晶硅电池,如果没有包括光致衰减在内的造成效率下降的因素,量子效率可以做到很高,通常某些波长轻易可以大于95%,甚至大于98%。因此,如果一台QE设备高估了QE值,那么很容易出现QE大于100%的不合理结果。第三种,有一些比较有信用的经过标定的标准电池也可以用来检验QE是否合理,即可用设备先测出QE并推算出太阳全谱照射下的总短路电流值,该短路电流值与标准电池自带的标定短路电流值是否一致,可作为QE值是否合理的判断标准。需要注意的是,同样是晶硅,标准电池的硅片通常经过了光衰减处理以便使其性能保持长期稳定,所以QE值通常会小于90%,甚至更小。第四种,是最通用又简便宜行的鉴别方法,可以将待检验的QE设备中的标准探测器和样品所产生的电流,直接外接至一些通用的电流测量仪器,例如测量交流的Stanford Research System的SR830锁相放大器,或测量直流的Keithley 2000/Keithley2400等设备,对单一波长点,直接人工读取相应的电流数据,并手工算出QE值,与需要检验的QE设备的软件算出的结果做对比,即可发现潜在的问题。某些在用的问题设备,可使晶硅电池测出远大于100%的QE值结果,甚至能达到110%～115%(大大违反光电效应原理),更特别的是,这样的设备在65%处的QE测量值却可与Hamamatsu的标准探测器基本符合,可见这样的设备在内部程序上对65%以上的测量值进行了拔高处理。看来一个可靠的QE测试设备中,数据输出中必须包括原始测量电流值,以便用第三方电流计量设备进行比对测试!希望业内规范测试,回归真实。

关键词： IPCE测量量子效率测量方法光谱响应

来源： cnki会议评论

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太阳电池量子效率QE/IPCE的非线性效应

太阳电池量子效率QE/IPCE的非线性效应

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第八届新型太阳能材料科学与技术学术研讨会

作者：陈为群 crowntech Inc.(USA)北京颐光新源科技有限公司

通过测量量子效率(QE/IPCE),结合已知的标准太阳谱,例如AM1.5G,可以算出太阳电池全光谱下的短路电流密度Jsc。一般认为,这样导出的Jsc,应该与IV测试的Jsc结果相符,或者说完全相等。然而,在实验中我们观察到,对于很多样品,尤其是很多新... 详细信息

通过测量量子效率(QE/IPCE),结合已知的标准太阳谱,例如AM1.5G,可以算出太阳电池全光谱下的短路电流密度Jsc。一般认为,这样导出的Jsc,应该与IV测试的Jsc结果相符,或者说完全相等。然而,在实验中我们观察到,对于很多样品,尤其是很多新型太阳电池,如钙钛矿等,两种方式得到的Jsc并不总是完全相等。经过研究,我们把这种现象归结为这些太阳电池所具有的光生电流的非线性效应。这里所说的光电流的非线性效应,指的是光电材料,在某一单色光的照射下,对应照射光的不同的光功率密度,不能等比例的产生对应的电流密度。举个例子说明,在光斑大小和相对分布一致的情况下,如果1mW的单色光照射能产生1mA的电流,但是1μW的同一波长的单色光却不能等比例地产生1μA的电流。我们研究了这种非线性效应的产生条件和可能机理。IV测量是在强光下进行,例如@AM1.5G太阳,光功率密度为100mW/cm,而QE/IPCE的测量,非相干光源(溴钨灯或氙灯)与单色仪的组合,使得探测光的功率密度通常小于1mW/cm,比标准太阳的小2个量级。实验显示,那些具有非线性的样品,从QE/IPCE测量导出的Jsc会比从IV测量得的Jsc小。这样的效应在很多新型太阳电池,例如钙钛矿,中都能观察到。这种效应产生的机理可以用一个简单的模型说明,如果在一个样品中,存在100个载流子复合中心,在1个单位的相对较弱的光照射时,有1,000个载流子产生,而在100个单位的较强的光照射时,有100,000个载流子产生,则显然比之较弱光的情况,较强光下由于复合中心造成的载流子数的减少占总载流子数的比例更少,因而表现出更大的QE/IPCE值。非线性效应在传统太阳电池和新型太阳电池中都可能出现。我们观察到,某些传统电池,如大尺寸的晶硅电池片中会有这种效应。但我们也注意到,这种非线性效应在新型太阳电池,例如钙钛矿等,中更为普遍和明显。当然,并不是所有的钙钛矿样品都显示出很强的非线性,它显然与制作方法和工艺有关。我们设计了一个实验,可以很好显示非线性效应的存在。通过用功率密度大致为1:2的两种探测光先后测量同一样品的QE/IPCE值,我们发现弱光下测得的结果比强光下小约1%,由QE/IPCE导出的Jsc,比IV测得的Jsc小约30%,后者的光功率密度比前者大2个量级。需要特别指出,某些QE/IPCE设备,在不明示的情况下,通过操作程序对QE/IPCE值进行了无差别的放大,这显然无助于合理修正QE/IPCE值,无助于诚实客观的科学研究.因为事先根本无从知道该修正多少,反而导致传统的晶硅(QE一般可达95%以上)测出大于115%的错误结果,也可能使线性较好的钙钛矿样品出现大于100%现象,并造成线性好的样品通过测量QE/IPCE所导出的J比IV测得的J还大的假象。

关键词：非线性效应太阳电池量子效率 QE IPCE

来源： cnki会议评论

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